Эволюция систем пожарной сигнализации

Сегодня российский рынок систем безопасности предлагает огромный выбор приборов для решения практически любых задач по обеспечению противопожарной защиты объектов. Каждый прибор позволяет выполнить требования НПБ, однако возможности систем, построенных на различном оборудовании, будут существенно отличаться. За последние 10 лет приемно-контрольное оборудование для систем пожарной сигнализации прошло несколько этапов развития и условно этот эволюционный путь можно разделить на четыре поколения.

Первое поколение

Простейшие пороговые системы сигнализации с радиальными шлейфами

Приемно-контрольные приборы (ПКП) в системах первого поколения представляют собой моноблок и имеют емкость, рассчитанную на несколько десятков шлейфов сигнализации. Увеличение емкости системы осуществляется путем установки дополнительных приборов. Все ПКП функционируют автономно, без какой-либо связи друг с другом. Для таких систем характерны лучевая архитектура и использование неадресных, пороговых извещателей. Место возгорания определяется с точностью до шлейфа.

В случае поступления сигнала «Пожар» дежурный персонал должен осмотреть все помещения, через которые проходит шлейф сигнализации. При таком подходе система полностью зависит от человеческого фактора.

Отличительным признаком пороговой системы является то обстоятельство, что извещатели сами принимают решение о пожаре. Как только контролируемый параметр (температура и/или задымленность) выходит за рамки допустимого значения, пороговый извещатель передает сигнал «Пожар» на ПКП.

Достоинство - невысокая цена пороговых извещателей и приемно-контрольных приборов.

Недостатки:

• нет возможности перепроверить правильность прихода тревожного сигнала без сброса питания со шлейфа сигнализации;
• отсутствие информации о неисправности извещателя, передается сообщение только о неисправности шлейфа;
• в соответствии с НПБ 88-2001 существует ограничение на площадь и количество защищаемых помещений;
• обязательное включение в шлейф сигнализации оконечных устройств;
• необходимость установки не менее двух извещателей в каждом помещении;
• высокий уровень ложных тревог;
• большая зависимость от человеческого фактора;
• дорогостоящий монтаж и техническое обслуживание;
• невозможность контролировать систему сигнализации с одного прибора при большом количестве шлейфов сигнализации на объекте.

Второе поколение

Пороговые системы сигнализации с модульной структурой

Приемно-контрольное оборудование представляет собой набор блоков, связанных линией связи. Самым распространенным протоколом для линий связи в таких системах является RS-485. Блоки для подключения шлейфов сигнализации размещаются в непосредственной близости от мест установки извещателей. Приемно-контрольные приборы имеют емкость, как правило, более 100 шлейфов сигнализации. Наращивание емкости происходит за счет подключения дополнительных блоков. Все события в системе сигнализации передаются на центральный блок, установленный в диспетчерской, и отображаются на системном пульте управления.

Наряду с однопороговыми шлейфами, оборудование позволяет подключать и двухпороговые шлейфы, которые формируют сигнал «Пожар1» (предварительная тревога) при срабатывании одного извещателя и сигнал «Пожар 2» при срабатывании двух и более извещателей. В системе по-прежнему используются пороговые извещатели. Реагирование дежурного персонала при получении тревожного сигнала ничем не отличается от ситуации при использовании простейших пороговых систем.

Достоинства:

• возможность построения систем сигнализации с большим количеством шлейфов при централизованном контроле всех событий на одном системном пульте;
• существенная экономия кабеля, так как нет необходимости прокладывать все шлейфы от диспетчерской до защищаемых помещений;
• уменьшение риска обрыва шлейфа за счет сокращения его протяженности;
• невысокая цена пороговых извещателей, доступные цены ПКП.

Недостатки:

• те же минусы, что и в простейших пороговых системах, за исключением последнего пункта;
• линии связи на базе протокола RS-485 поддерживают только последовательное соединение блоков, не допускают ответвлений от центральной магистрали более чем на 2 м, имеют ограничение по протяженности 1200 м, требуют тщательной настройки и в качестве физической среды используют только витую пару. На длинных линиях вместе с витой парой необходимо прокладывать дренажный провод для устранения разности потенциалов между «землями» блоков, входящих в состав приемно-контрольного оборудования, и использовать экранированную витую пару.

Промежуточное звено

Адресные системы сигнализации

Трудно выделить приемно-контрольное оборудование для адресных систем в отдельное поколение, так как эти системы не получили широкого распространения ни за рубежом, ни в России. Алгоритм формирования сигнала «Пожар» у адресного извещателя такой же, как и у порогового - извещатель сам принимает решение о пожаре.

Адресные системы имеют ограниченные возможности, по сравнению с адресно-аналоговыми, и обычно находят применение в малобюджетных системах сигнализации на небольших объектах.

Третье поколение

Адресно-аналоговые системы

Появление адресно-аналоговых систем позволило поднять пожарную безопасность объектов на качественно иной, более высокий уровень. Приемно-контрольный прибор в такой системе представляет собой моноблок с одним или несколькими адресными шлейфами сигнализации, имеющими кольцевую структуру.

В кольцевой шлейф включаются адресные автоматические пожарные извещатели, адресные ручные пожарные извещатели, адресные реле, адресные оповещатели и модули контроля. В кольцевом шлейфе питание и опрос всех устройств осуществляются с двух сторон, поэтому обрыв адресного шлейфа не влияет на работу системы сигнализации. При обрыве шлейфа ПКП фиксирует место обрыва и формирует соответствующее сообщение. Но все компоненты шлейфа продолжают функционировать.

Адресно-аналоговый шлейф выполняет функцию шины данных, обеспечивающей двунаправленную передачу контролирующих и управляющих сигналов для всех компонентов системы сигнализации. Короткое замыкание любой шины данных делает невозможным обмен информацией. Для отключения короткозамкнутых участков в кольцевой шлейф включаются модули-изоляторы. Поврежденный участок, расположенный между двумя изоляторами, исключается из адресно-аналогового шлейфа, и система сигнализации продолжает функционировать в усеченном виде. Чем больше изоляторов в шлейфе, тем выше его надежность.

Протокол обмена информацией устанавливает жесткие требования к физической среде, в которой распространяются сигналы, поэтому для прокладки шлейфа используется витая пара. Максимальная протяженность кабеля зависит от сечения провода и обычно не превышает 2000 м. Таким образом, извещатель не может быть удален от ПКП на расстояние, превышающее 1/2 длины кольцевого шлейфа. Как правило, в один шлейф можно включить до 200 устройств, и все они опрашиваются с интервалом в несколько секунд. Таким образом, осуществляется постоянный контроль работоспособности извещателей, модулей контроля и управления, а также адресных оповещателей.

Главное отличие адресно-аналоговых систем заключается в том, что в них пожарный извещатель является измерительным устройством и не принимает решения о пожаре. Он передает на ПКП значение измеряемого параметра (состояние оптической плотности среды в дымовой камере или скорость изменения температуры), а также свой адрес и результаты теста самодиагностики. Причем в принимаемых в процессе опроса сообщениях прибор выделяет как результаты самотестирования внутренних схем, так и состояние дымовой камеры. Такой подход позволяет отличить неисправность в электрических цепях извещателя от необходимости профилактических работ по очищению дымовой камеры от накопившейся пыли.

Еще одна уникальная особенность адресно-аналоговой системы - помехоустойчивый алгоритм обработки значений контролируемого параметра. Для повышения помехоустойчивости системы сигнализации прибор использует для принятия решения о пожаре не единичный результат измерения, а заранее определенный набор записей о состоянии контролируемой среды, интегрируя его по времени. При таком подходе помехи, порождающие скачкообразные, но кратковременные изменения, выходящие за пределы диапазона допустимых значений чувствительности, игнорируются. В то же время сигнал от реального очага возгорания имеет совершенно другую динамику и, как правило, характеризуется линейной зависимостью с неизменным во времени угловым коэффициентом. Таким образом, применение одного и того же алгоритма обработки сигнала дает на выходе совершенно разные результаты для электромагнитной помехи и реального источника пожара. Применение сложных алгоритмов обработки сигнала ПКП сводит вероятность ложной тревоги практически к нулю.

Важнейшим преимуществом адресно-аналоговой системы сигнализации является возможность обнаружения очага возгорания на самом раннем этапе его возникновения, что позволяет локализовать и ликвидировать пожар своими силами. Это достигается за счет настройки чувствительности для каждого извещателя. Числовые значения уровней чувствительности для сигналов «Пожар» и «Предварительная тревога» лежат в разных, не пересекающихся диапазонах. Соответственно, устанавливая для сигнала «Предварительная тревога» более высокий уровень чувствительности (в диапазоне до 0,05 дб/м) можно реализовать сверхраннее обнаружение пожара.

Достоинства:

• сверхраннее обнаружение очага возгорания с точностью до извещателя;
• высокая надежность кольцевых шлейфов;
• низкий уровень ложных тревог;
• постоянный контроль работоспособности всех компонентов системы сигнализации;
• возможность установки одного извещателя в помещении;
• нет ограничений на количество защищаемых помещений;
• питание всех извещателей, модулей контроля и управления, адресных оповещателей по шлейфу сигнализации;
• отсутствие оконечных устройств в адресных шлейфах;
• подробная информация о состоянии каждого компонента системы сигнализации;
• низкие затраты на техническое обслуживание.

Недостатки:

• извещатель не может быть удален от ПКП на расстояние, превышающее 1/2 длины кольцевого шлейфа;
• необходимость использовать для монтажа адресно-аналогового шлейфа сигнализации только витую пару.

Четвертое поколение

Комбинированные системы сигнализации с модульной структурой

Так же как и в системах второго поколения, ПКП представляет собой набор модулей. Все модули соединяются линией связи, по которой сообщения обо всех событиях в системе поступают на системный блок. Системный блок принимает сообщения и команды пользователей, опрашивает модули, обрабатывает полученную информацию, управляет исполнительными устройствами и рассылает сообщения на информационные устройства. Одним словом, он является главным элементом прибора.

В отличии от систем второго поколения, в состав ПКП входят как модули для подключения однопороговых и двухпороговых шлейфов, так и адресно-аналоговые модули с кольцевыми шлейфами. Общая емкость прибора составляет более 1000 устройств, включая неадресные пороговые шлейфы, адресно-аналоговые извещатели, адресные реле и адресные оповещатели.
Для увеличения емкости приборы объединяются в сеть и функционируют как единое целое под управлением сетевого контроллера. Емкость такой сети может превышать 30 000 устройств. Линии связи используют не только RS-485, но и специализированные протоколы, обладающие рядом преимуществ. В частности, специализированный протокол позволяет использовать не только шинную организацию линии, но и допускает произвольную структуру соединения модулей: «кольцо», «шина», «звезда» или «дерево». Из всех вариантов именно древовидная структура соединений дает наибольшую экономию провода при построении структурированных кабельных сетей. Никаких ограничений на количество и длину ответвлений в линии связи не существует. На практике протяженность линии связи может достигать 18 000 м. Высокая помехозащищенность позволяет использовать в качестве физической среды для двухпроводной линии связи не только витую пару, но и часто уже существующую на объекте, кабельную систему на основе ТППЭП. Благодаря модульной организации прибора и большой протяженности линии связи, каждый модуль располагается в непосредственной близости от мест установки пожарных извещателей и устройств пожарной автоматики.

Еще одной чертой приборов четвертого поколения является большое разнообразие устройств индикации: пульты управления, способные в удобном виде выводить подробную информацию о состоянии системы, индикаторные табло, интерфейсы для подключения компьютера и принтера.

По существу, главным достоинством ПКП четвертого поколения является их универсальность. Они подходят для построения любой системы сигнализации и могут объединять традиционные неадресные компоненты с передовыми адресно-аналоговыми извещателями в едином комплексе.

Как правило, в состав приемно-контрольного оборудования, помимо блоков для систем пожарной сигнализации, входят расширители для систем охранной сигнализации, контроллеры доступа, разнообразные интерфейсные модули. Благодаря большому разнообразию блоков, на базе ПКП четвертого поколения можно создавать современные интегрированные системы безопасности для крупных объектов и комплексов, состоящих из нескольких зданий.

Достоинства:

• использование одного и того же приемно-контрольного оборудования для построения пороговых, адресно-аналоговых или смешанных систем;
• протяженные линии связи с произвольной структурой соединения блоков;
• возможность использовать для линии связи не только витую пару, но и менее дорогой кабель, например ТППЭП;
• ПКП четвертого поколения ликвидируют одно из узких мест адресно-аналоговых систем - ограничение, в соответствии с которым, извещатель не может быть удален от ПКП на расстояние, превышающее 1/2 длины кольцевого шлейфа. Теперь адресно-аналоговый модуль с кольцевым шлейфом может быть удален от системного блока на расстояние, которое определяется протяженностью линии связи. В случае использования специализированного протокола это расстояние может достигать 18 000 м;
• возможность построения систем сигнализации с большим количеством пороговых и кольцевых адресно-аналоговых шлейфов при централизованном контроле всех событий на одном рабочем месте диспетчера;
• существенная экономия кабеля, так как нет необходимости прокладывать все шлейфы от диспетчерской до защищаемых помещений;
• уменьшение риска обрыва шлейфа с извещателями за счет сокращения его протяженности;
• продвинутые средства индикации событий в системе сигнализации;
• создание интегрированных систем безопасности на базе оборудования одной серии.

Прогресс систем сигнализации очевиден. Развитие элементной базы позволяет создавать новое оборудование с недоступными ранее возможностями. Сейчас трудно сказать, какими будут ПКП следующих поколений. Во многом это зависит от требований рынка охранно-пожарного оборудования и от того, какие изменения будут вноситься в нормативные документы по обеспечению пожарной безопасности.